專利名稱：Igbt高壓功率器件圓片背面激光退火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)范圍，特別涉及采用激光退火方法實(shí)施離子注入 摻雜退火的工藝技術(shù)的一種IGBT高壓功率器件圓片背面激光退火工藝。
技術(shù)背景IGBT為絕緣柵雙極晶體管，該型器件由于很好地結(jié)合了場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極 晶體管兩者的優(yōu)點(diǎn)，具備很好的開(kāi)關(guān)特性。IGBT高壓功率器件當(dāng)前主要應(yīng)用于高 壓，強(qiáng)電流等功率應(yīng)用的場(chǎng)合。一個(gè)IGBT高壓功率器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中器件能夠承受高壓，是因 為存在較厚的N—層4的緣故，這一N—層越厚，則器件的耐壓就越高。通常，當(dāng)N" 層不太厚時(shí)，可以采用外延生長(zhǎng)的技術(shù)來(lái)制作；然而當(dāng)器件的耐壓要求大大增高 后，要求的N—層更厚，以至于無(wú)法再采用外延技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)，因而需要采用其他的 工藝方案。 一種方法是在N—型的硅圓片襯底上直接制作IGBT器件的上層結(jié)構(gòu)， 然后將圓片減薄，控制層在所需要的厚度上，最后與另外一片P型的硅圓片粘 合，形成圖1所示的IGBT高壓功率器件。當(dāng)前另外一種更為優(yōu)越的方案，仍是 在型的硅圓片襯底上直接制作IGBT高壓功率器件的上層結(jié)構(gòu)，之后將圓片減 薄，對(duì)N—層的厚度進(jìn)行控制，最后采用背面離子注入的方法，形成P型的硅摻雜 層，背面金屬化后形成器件的收集極3，得到圖1所示的IGBT高壓功率器件。對(duì)于后一種方案，減薄后的硅圓片，因?yàn)楸容^薄的緣故，操作起來(lái)不太方便， 容易碎片。當(dāng)前己經(jīng)解決了硅圓片的操作的問(wèn)題，也解決了對(duì)于薄片進(jìn)行背面的 高濃度離子注入的問(wèn)題。但是離子注入之后，需要通過(guò)退火來(lái)激活注入的雜質(zhì)， 在退火工藝方面，還沒(méi)有較好的工藝方案，這樣高壓IGBT器件的導(dǎo)通串聯(lián)電阻 還是比較大的，器件特性還不是最理想。為了解決IGBT高壓功率器件背面離子注入之后的退火問(wèn)題，本發(fā)明提出釆 用激光光源，對(duì)減薄硅圓片背面進(jìn)行掃描退火的工藝技術(shù)方案，來(lái)制作性能優(yōu)越 的IGBT高壓功率器件。其中激光光源選用連續(xù)激光，波長(zhǎng)在400mn 600nm，可選用市場(chǎng)上一般的激光器，也可選用長(zhǎng)波長(zhǎng)激光，例如波長(zhǎng)為1064腿的Nd/YAG 激光，光學(xué)倍頻后作為退火的激光源。采用本發(fā)明的方法，激光作用的深度僅及 于硅圓片背面的表層，可在相對(duì)較低的溫度和熱開(kāi)銷下，以較快的速度激活注入 雜質(zhì)，在保證背面金屬化形成良好歐姆接觸的同時(shí)，還可控制雜質(zhì)的擴(kuò)散再分布， 不影響已經(jīng)在硅圓片正面制作形成的IGBT高壓功率器件結(jié)構(gòu)，因此是效果更加 優(yōu)秀的IGBT高壓功率器件背摻雜退火的技術(shù)方案。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供采用激光退火方法實(shí)施離子注入摻雜退火的工藝技術(shù) 的一種IGBT高壓功率器件圓片背面激光退火工藝。對(duì)于處于硅圓片背面的收集極3的金屬與緊鄰的硅圓片背面5的P型摻雜層 之間形成良好的歐姆接觸的IGBT高Xk功率器件；其硅圓片背面5的P型摻雜層 由硅圓片背面的離子注入和隨后的退火兩步工藝形成，對(duì)IGBT高壓功率器件圓 片背面激光退火工藝步驟為1) 激光退火的光源采用波長(zhǎng)范圍在400nm 600nm的連續(xù)激光，或用波長(zhǎng)較 長(zhǎng)的激光光學(xué)倍頻后使用；2) 將振鏡7放置在激光光源6的出射光路徑上，控制振鏡7的振動(dòng)，使在 硅圓片背面5上形成長(zhǎng)條形狀激光光斑8;3) 采用掃描方式進(jìn)行激光退火?？刂乒鑸A片背面5，使其沿與長(zhǎng)條形狀激光 光斑8的垂直方向9做往復(fù)的勻速直線運(yùn)動(dòng)，形成激光光斑8對(duì)硅圓片背面5的 掃描，光束掃描涉及的面積覆蓋硅片背面面積，即激光光束掃過(guò)硅圓片的整個(gè)背 面，硅圓片背面5的表層升溫，產(chǎn)生均勻的退火作用。所述硅圓片背面的表層升溫控制在50(TC 70(TC，即在合適于雜質(zhì)激活的溫 度范圍內(nèi)達(dá)到均勻的退火效果。本發(fā)明的有益效果是，能夠解決當(dāng)前的硅圓片背面的P型摻雜層在離子注入 后無(wú)法進(jìn)行良好的退火處理的問(wèn)題，從而使收集極金屬層與緊鄰的硅圓片背面的 P型摻雜層之間能夠形成良好的歐姆接觸。在另一方面，采用本發(fā)明所使用的較短波長(zhǎng)激光，激光對(duì)硅圓片背面的透入深度有限，剛好能夠較快地實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)激活， 又不對(duì)IGBT高壓功率器件中的其余結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生不良的影響；如果采用較長(zhǎng)波 長(zhǎng)的激光，其作用透過(guò)整個(gè)硅圓片厚度，與整片加熱的情況相類似，是不希望的 退火方式，本發(fā)明克服了采用較長(zhǎng)波長(zhǎng)的常規(guī)激光退火對(duì)于器件結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致不良 影響的問(wèn)題。


圖1為IGBT高壓功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為釆用本發(fā)明所提方法實(shí)現(xiàn)激光掃描退火的裝置的示例。 附圖屮符號(hào)說(shuō)明IGBT高壓功率器件的發(fā)射極1、 IGBT高壓功率器件的控 制柵極2、 IGBT高壓功率器件的收集極3、 IGBT高壓功率器件的漂移區(qū)4，處于 硅圓片背面5的P型注入摻雜層用作IGBT高壓功率器件收集區(qū)、退火激光光源6、 振鏡7、振鏡開(kāi)始振動(dòng)后，在硅圓片背面掃出的激光光斑8、硅圓片背面工件臺(tái) 做往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)的方向9。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供采用激光掃描方法的一種IGBT高壓功率器件圓片背面激光退火 工藝。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明予以說(shuō)明。圖1為IGBT高壓器件的結(jié)構(gòu)示意圖。其中IGBT高壓功率器件發(fā)射極1的一 側(cè)為控制柵極2、控制柵極2下面為溝道區(qū)，N—型的漂移區(qū)4處于以上器件結(jié)構(gòu) 的下方，處于硅圓片背面5的P型注入摻雜層用作IGBT高壓功率器件收集區(qū)3， 收集極3的金屬層與緊鄰的硅圓片背面5的P型注入摻雜層之間形成良好的歐姆 接觸。圖2為實(shí)現(xiàn)激光掃描退火的裝置的示意圖。具體的工藝過(guò)程，舉例說(shuō)明如下 1.采用波長(zhǎng)范圍在400nm 600nm的連續(xù)激光，例如波長(zhǎng)在514. 5nm的氬離子激光，或用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的激光，例如1064nm的Nd/YAG激光，光學(xué)倍頻后使用； 2將硅圓片背面向上，放置于工件臺(tái)上；將振鏡7放置在激光光源6的出射光路徑上，振鏡7在電磁激勵(lì)下，圍繞固定旋轉(zhuǎn)軸開(kāi)始做振動(dòng)；控制振鏡7的振動(dòng)，可在硅片背面5上形成長(zhǎng)條形狀激光光斑8;3. 承片的工件臺(tái)在沿與長(zhǎng)條形狀激光光斑8的垂直方向9上做往復(fù)的勻速直 線運(yùn)動(dòng)；形成激光光斑8對(duì)硅圓片背面5的掃描；光束掃描涉及的面積覆蓋硅圓 片背面面積，即激光光束掃過(guò)硅圓片的整個(gè)背面；硅圓片背面5的表層升溫，產(chǎn) 生均勻的退火作用。4. 在激光束作用下，硅圓片背面的表層升溫，控制在50(TC 70(TC，即在合 適于雜質(zhì)激活的溫度范圍內(nèi)。工件臺(tái)往復(fù)動(dòng)作滿設(shè)定的次數(shù)后，撤除激光(例如， 通過(guò)快門(mén))，停止工件臺(tái)的動(dòng)作，取下已經(jīng)完成退火雜質(zhì)激活的硅片。本發(fā)明能夠解決當(dāng)前的一種高壓IGBT高壓功率器件工藝中，對(duì)硅圓片背面 已經(jīng)注入的P型雜質(zhì)的有效激活的問(wèn)題。在注入得到慘雜層5后，需要對(duì)摻雜雜 質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的激活處理，才能夠確保IGBT高壓功率器件收集極3形成良好的 歐姆接觸。采用常規(guī)整片加熱的方式退火，將有可能造成P型摻雜層5中的雜質(zhì) 的擴(kuò)散再分布，從而影響器件的性能；而如果顧及到再分布問(wèn)題，轉(zhuǎn)而采用更低 的退火溫度，則摻雜雜質(zhì)的激活效果又會(huì)受到影響。在另一方面，采用本發(fā)明所 使用的較短波長(zhǎng)激光，激光對(duì)硅圓片背面的透入深度有限，剛好能夠較快地實(shí)現(xiàn) 雜質(zhì)激活，又不對(duì)IGBT高壓功率器件中的其余結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生不良的影響；而較 長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光，其作用將透過(guò)整個(gè)硅片厚度，與整片加熱的情況是相類似的，是 不希望的退火方式。
權(quán)利要求
1.一種IGBT高壓功率器件圓片背面激光退火工藝，其特征在于，對(duì)于要求在硅圓片背面的收集極金屬層與緊鄰的硅圓片背面的P型摻雜層之間形成歐姆接觸的IGBT高壓功率器件；其P型摻雜層由硅圓片背面的離子注入和隨后的退火兩步工藝形成，其激光退火工藝步驟為1)激光退火的光源采用波長(zhǎng)范圍在400nm～600nm的連續(xù)激光，或用波長(zhǎng)較長(zhǎng)的激光光學(xué)倍頻后使用；2)將振鏡(7)放置在激光光源(6)的出射光路徑上，控制振鏡(7)的振動(dòng)，使在硅圓片背面(5)上形成長(zhǎng)條形狀激光光斑(8)；3)采用掃描方式進(jìn)行激光退火。控制硅圓片背面(5)，使其沿與長(zhǎng)條形狀激光光斑(8)的垂直方向(9)做往復(fù)的勻速直線運(yùn)動(dòng)，形成激光光斑(8)對(duì)硅圓片背面(5)的掃描；激光光束掃過(guò)硅圓片的整個(gè)背面面積，硅圓片背面(5)的表層升溫，產(chǎn)生均勻的退火作用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述IGBT高壓功率器件圓片背面激光退火工藝，其特征 在于，所述硅圓片背面的表層升溫控制在50(TC 70(TC，使在合適于雜質(zhì)激活的 溫度范圍內(nèi)達(dá)到均勻的退火效果。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)范圍的一種IGBT高壓功率器件圓片背面激光退火工藝。采用掃描方式進(jìn)行激光退火，控制硅圓片背面沿與長(zhǎng)條形狀激光光斑的垂直方向做往復(fù)的勻速直線運(yùn)動(dòng)，形成激光光斑對(duì)硅圓片背面進(jìn)行全面積的掃描，使硅圓片背面的表層升溫，產(chǎn)生均勻的退火作用。采用本發(fā)明方案，能夠解決P型摻雜層在離子注入后無(wú)法進(jìn)行良好的退火處理的問(wèn)題，使收集極金屬層與緊鄰硅圓片中的P型摻雜層之間形成良好的歐姆接觸。使用較短波長(zhǎng)激光，激光對(duì)硅片背面的透入深度有限，剛好能夠較快地實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)激活，又不對(duì)IGBT高壓功率器件中的其余結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生不良的影響；采用本項(xiàng)技術(shù)能夠得到導(dǎo)通電阻更小的IGB高壓功率器件。
文檔編號(hào)H01L21/331GK101217115SQ20081005562
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者嚴(yán)利人, 朋 劉, 劉志弘, 衛(wèi) 周 申請(qǐng)人:清華大學(xué)